РефератыХимияРаРасчет теплообменного аппарата

Расчет теплообменного аппарата

Курсовая работа


«Расчет теплообменного аппарата»


Содержание


1. Введение


2. Цели и задачи работы


3. Расчёт нормализованного теплообменного аппарата:


4. Выводы


5. Список использованной литературы


Введение


Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решётками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе применяются в тех случаях, когда нет необходимости в механической очистке межтрубного пространства (очистка от осадка возможна только для трубного пространства). Поэтому в трубное пространство подают ту жидкость (воду или водные растворы), которая при нагревании или выпаривании может выделять нерастворимый осадок на стенках труб, а в межтрубное пространство подают чистую жидкость или конденсирующийся пар.


В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая – в межтрубном пространстве.


Среды обычно направляются противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, – в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения её плотности при нагревании или охлаждении.


В данной работе используется аппарат – кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого конденсируются пары органической жидкости, а в трубном пространстве циркулирует жидкий теплоноситель (вода).


Цели и задачи работы:


Рассчитать необходимую поверхность кожухотрубчатого теплообменника, в межтрубном пространстве которого при атмосферном давлении конденсируются пары органической жидкости в количестве G кг/час. Тепло конденсата отводится водой, имеющей начальную температуру tн
.


Подобрать нормализованный теплообменный аппарат.


Дано:


Аппарат – кожухотрубчатый теплообменник;


Органическая жидкость – сероуглерод;


G = 15000 кг/ч;


P = 1,03·10 Па;



= 17 °С.


Расчёт нормализованного теплообменного аппарата

Примем конечную температуру охлаждающей воды, равной 40 °С.


Выпишем основные физико-химические параметры теплоносителей при давлении P = 1,013·10Па
:


tконд
= 46,3 С
- температура конденсации сероуглерода;


rконд
= 349,5·10Дж/кг
- удельная теплота конденсации сероуглерода;


ρконд. СУ
=1290 кг/м
- плотность конденсированного СS2 при 46,3 °С;


Своды
=4,185·103 Дж/(кг·К) – теплоёмкость воды;


Cконд
=984,65 Дж/(кг·К)
– теплоёмкость конденсата сероуглерода;


μводы
=0,818·10-3 Па·с
;


ρводы
=995 кг/м3
;


Тогда температурная схема:


46,3 46,3


17 40



=29,3 tм
=6,3


Δtcp
°С; - средне-логарифмическая разность температур.


Предварительный расчёт:


1). Тепловые потери направлены на добавочное охлаждение конденсирующегося сероуглерода, поэтому нет необходимости в теплоизоляции аппарата. Примем потери тепла в окружающую среду, равными 4% от общей тепловой нагрузки на аппарат Q:


Q
пот.=
0,04·
Q
;


Тогда тепловая нагрузка аппарата (количество тепла, которое определяет поверхность теплообмена, и которое необходимо отводить при помощи воды):


Q
=
G
·
r
конд.-
Q
пот
=;


2). Расход охлаждающей воды определим из уравнения теплового баланса.


, где:


G= кг/с;



=4,185·103 Дж/(кг·К)
– теплоёмкость воды;


Тн=17+273=29

0 К; Тк=40+273=313 К.


кг/с;


3). Поскольку расчёт теплообменного аппарата – предварительный, то коэффициент теплопередачи можно принять, например, равным 500 (из допустимого интервала 300800, при теплопередаче от конденсирующегося пара орг. жидкостей к воде, при вынужденном движении), тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена будет равно:


м2
;


Принимая число Рейнольдса равным 15000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения), определим отношение числа труб к числу ходов n
/
z
для конденсатора из труб 252 мм


.


4). Поверочный расчёт теплообменного аппарата


По справочной таблице (согласно ГОСТ 15119-79
и ГОСТ 15121-79
) выбираем кожухотрубчатый испаритель, с поверхностью теплообмена и отношением n
/
z
, близкими к рассчитанным предварительно.


Таким теплообменным аппаратом будет являться конденсатор с площадью теплообмена, равной 190 м2
, и отношением n
/
z
=404/4=101. Длина труб составляет 6 м
, число ходов – 4, число труб – 404 шт
, диаметр кожуха D=0,8 м
.


Найдём действительное число Рейнольдса:



Рассчитаем точное значение коэффициента теплопередачи. Для этого необходимо знать коэффициенты теплоотдачи со стороны пара сероуглерода, и со стороны охлаждающей воды, а также значения термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений её поверхности. Рассчитаем указанные величины:


;


Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:


, где


можно принять , поскольку нагревается вода в трубах;


Pr= - критерий Прандтля;


d
=
2,1·10-2 м
;


Тогда:


.


Для расчета коэффициента теплоотдачи пара, конденсирующегося на пучке горизонтальных труб в конденсаторе, воспользуемся следующей расчетной формулой:


, где



, при n
>100;


λ=
0,1628 Вт/(м·К)
– теплопроводность конденсата сероуглерода;


ρ
=1290 кг/м
- плотность конденсата СS2;


n
=
404 – число труб:


l
=6 м
– длина труб;


μ
=0,28·10-3 Па·с
– вязкость конденсата;


G
=
4,167 кг/с
– массовый расход конденсирующегося пара;


Тогда:


Вт/(м2·К)
.


Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:


м2·К/Вт
, где


Вт/(м2·К)
- тепловая проводимость загрязнений стенки трубы для воды среднего качества.


Вт/(м2·К)
- тепловая проводимость загрязнений стенки трубы для паров органических жидкостей.


Тогда коэффициент теплопередачи будет равен:


.


Расчетная поверхность теплообмена составит:


м2
.


В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:


Такой запас достаточен.


Выводы:


Для данного процесса (конденсации) подошёл кожухотрубчатый конденсатор с диаметром кожуха D
= 800 мм
, диаметром труб d
= 25
x
2 мм
, Числом ходов z = 4, общим числом труб n
= 404 шт
., поверхностью теплообмена F
= 190
при длине труб Н = 6,0 м
. Запас поверхности теплообмена достаточен и составляет .


Расход охлаждающей воды = 14,52 кг/с
.Масса конденсатора - не более 5360 кг
.


Список использованной литературы:


1). Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии». М. Химия. 1971г.


2). Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л. Химия. 1981г.


3). Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. «Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию». М. Химия. 1991г.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет теплообменного аппарата

Слов:898
Символов:8295
Размер:16.20 Кб.